发电机风闸不能正常复位的原因分析及讨论

2015-07-28杨存勇柴世强余齐齐

水电站机电技术 2015年6期

关键词：发电机

杨存勇，柴世强，余齐齐

（云南金江机电设备安装检修有限公司，云南丽江 674100）

发电机风闸不能正常复位的原因分析及讨论

杨存勇，柴世强，余齐齐

（云南金江机电设备安装检修有限公司，云南丽江 674100）

摘要：二滩水电厂水轮发电机组的制动采用机械制动方式，承担这一任务的风闸共有24个，6个一组共分4组对称安装在下机架支腿上。为保证机组安全稳定运行，对2号、3号、4号、5号、6号风闸已磨损、老化的密封元件更换。密封元件更换后，5号机组的个别风闸却出现加闸后不能自动回落复位的现象，为此，对导致这一缺陷产生的原因进行了分析及讨论。

关键词：发电机；风闸；不能复位；原因分析

1　概述

二滩水电厂水轮发电机组的制动采用机械制动方式，承担这一任务的风闸共有24个，6个一组共分4组对称安装在下机架支腿上。风闸为双缸结构，除停机时通气加闸制动外，还担负着检修时机组转动部分的油压顶起和支撑任务。经过近数年的运行，风闸的密封元件已磨损、老化，致使风闸制动时出现漏气，顶起时发生漏油，已经严重影响到了机组的安全稳定运行。为消除这一隐患，机组年度的小修中，对2号、3号、4号、5号、6号机组的风闸密封元件进行了更换。密封元件更换后，风闸加闸漏气的现象已彻底消除，但是其中5号机组的个别风闸却出现加闸后不能自动回落复位的不正常现象，为了将导致这一缺陷产生的原因分析清楚，以提高风闸检修处理的质量，现对风闸不能正常下落的缺陷现象、处理过程、可能的影响因素进行分析。

2　风闸不能下落现象

5号发电机小修结束后2月2日投入运行，2月26日开始陆续出现发电机制动器不能正常下落的现象。现场处理时借助辅助工具施以较小外力、稍加振动后制动器便自行落下。该缺陷在小修后机组投运初期表现的较为普遍，下机架四个方向支腿上的四组制动器均有一个出现过类似的缺陷，不能复位的风闸必须经过人为的捅压后才能得以回落复位。通过一段时间的运行观察统计，发现下机架－Y方向支腿外侧中部的制动器发生的频次最高。

3　风闸结构介绍

风闸为一闸双缸结构，下部单向进气、弹簧复位，结构较为简单。风闸活塞体上设一道动密封，型式为组合式U型密封，材料为丁氰橡胶，用于阻挡活塞下腔介质进入上腔。活塞缸底部设一道静密封，型式为O型，橡胶材料，防止活塞内的介质向外渗漏。活塞缸上部压板内孔装有铜的抗磨环，铜环内装一个防尘圈，防尘圈为软毛毡材料制成，用于防止外部粉尘等异物进入活塞上腔。在活塞缸的上部外侧装有一个呼吸器，活塞动作时上腔的气体经呼吸器排出、吸入，使活塞动作顺畅。活塞体上部装有一个预压紧的弹簧，在活塞上移时弹簧再次被压缩储能，活塞下腔撤压后弹簧在回复力的作用下将活塞下压。在闸瓦托板的对角位置安装有两个Φ37mm导向柱，作用是制动时限制闸板、弹簧等部件在制动摩擦倾覆力矩作用下的过度倾斜，另外在风闸起落时引导其起落轨迹，并调整活塞不同步时的偏差。活塞顶部的螺栓将闸瓦托板与其紧密联结，使闸瓦随活塞同步上下运动。可见风闸恢复下落的驱动力来自活塞的自重、活塞顶部连接件的重量和受压弹簧的回复力的联合作用。

4　检查处理情况

风闸频频出现不能自行复位的现象，已经影响了机组的正常稳定运行，并增加了运行人员的工作量。为了查找原因，3月8日对下机架+X方向外侧俯视顺时针第一个制动器进行了分解检查，未发现明显影响风闸回落复位的异常情况。缺陷出现后，一方面进行缺陷跟踪观察和原因分析，并在之后进行的6号、4号机组小修工作中对制动器主要配合尺寸进行了测量，另一方面制作了专门用于捅制动器的不同尺寸的捅条2根。5月20日，召开了5号发电机风闸不能自动下落的原因分析会，初步讨论了产生上述缺陷的影响因素，制定了《5号下机架－Y支腿外侧中间制动器检查处理方案》。5月27日，对该制动器进行了更换，并根据检查方案进行了现场分解检查，仍然未发现明显异常。在更换工作完毕后，进行了停机状态下的制动器投退试验4次，－Y方向外侧第二个制动器均动作良好，但同时发现－X方向外侧第三个制动器出现2次不能自动下落。随后，充分利用申请停机的时间，从下午18：00到23：00，分别进行了28次投退试验，其中包括一次开机——停机后的检查，除第一次和第二次停机状态试验检查中出现－X方向外侧俯视顺时针第一个制动器和第三个制动器不能正常下落情形各一次外，其它26次投退试验所有制动器均动作正常。

为了进一步查清缺陷产生的原因，又分别进行了下面几项工作。

4.1弹簧性能测试

5月28日，再次对换下来的制动器进行了分解，测量了2个活塞和导向柱的零部件尺寸，并将弹簧拆卸后送至攀研院检测中心进行了性能测试。

为了相互比较，特地拆除了一个备品制动器（旧的），将两个制动器的2组4个弹簧一起送至攀研院做了性能对比测试。

测试方法：选取试验载荷三个级别：196N，392N，588N，在试验台上分别作用于4个弹簧，测量压缩进程和回弹回程位移量，进行位移量对比。

测试结果：相同试验载荷下，4个弹簧压缩进程和回弹回程位移量无显著差异，说明4个弹簧力学性能基本一致。

由于备品制动器以前使用过，弹簧并不是新的，所以测试结果不能进行定量分析。

4.2制动器零部件尺寸配合情况

将该制动器活塞和导向柱等零部件尺寸测量后，与之前测量的6号、4号机组制动器部分零部件尺寸进行了对比。测量的尺寸包括：制动器活塞缸内径、制动器活塞外径、导向孔内径、导向柱外径。并以此计算活塞缸与活塞、导向孔与导向柱之间的配合总间隙，测量结果见表1。

表1　活塞和导向柱零部件尺寸对比表单位：mm

通过尺寸测量和对比发现：5号机组－Y方向外侧第二个制动器活塞缸与活塞之间配合尺寸相对于其它机组制动器偏小，最小配合总间隙尺寸为0.12mm，单侧间隙仅为0.06mm。造成配合总间隙尺寸较小的主要因素是活塞外径尺寸偏大。

4.3其它检查情况

分解该制动器后检查，发现配合总间隙尺寸较小，2号活塞缸有一处局部摩擦的痕迹较其它活塞缸略为明显，并呈条块形，痕迹表面略显粗糙，但未有毛刺；其它部位检查未发现制动器托板有较大变形、活塞密封损坏、油缸内有机械杂质等异常情况。

5　原因分析

由于年度小修工作中对除1号机组以外的其它5台机组进行了制动器密封更换的工作，但制动器不能正常下落的缺陷却集中出现在5号机组，5月28日，2号机也出现了一次相同缺陷。通过对缺陷现象的观察、对风闸结构的研究，并经现场拆卸检查，对于造成风闸不能自行下落复位的原因分析如下：

5.1新换动密封的影响

制动器活塞的动密封为组合式U型密封圈，U型口朝下安装，当机组停机制动时，制动器下腔通压缩气体，顶起制动器闸瓦实施制动，同时气压将U型密封圈紧紧压在活塞缸壁上以保证不发生压缩气体泄漏；停机流程结束后，制动器气压撤除，活塞在预压弹簧及自重的作用下克服各种摩擦阻力自动落下复位。一方面，由于该制动器活塞缸与活塞之间配合尺寸相对于其它机组制动器偏小，所以新换的密封圈在活塞下落复位过程中产生的摩擦阻力较大；另一方面，由于密封圈在气压作用下，紧密贴在活塞缸壁上，将密封圈外圈表面与活塞缸内壁表面之间的气体挤尽，会出现真空状态，使得结合更加紧密，而造成活塞下落复位开始时的初始摩擦阻力增大。

5.2活塞缸与活塞配合间隙的影响

制动器制动时，制动器会承受较大的切向分力和一定的径向分力的共同作用，制动器活动部分可以在导向孔和导向柱总间隙范围内产生侧向移动，且产生在两个活塞和风闸活动支撑板构成的构架内的微量偏转是可以承受的，但这种侧向移动量和偏转量都是微小的，而且与活塞缸配合部的活塞垂直方向圆弧型的设计，正常情况下不足以使活塞和活塞缸直接发生卡塞，但由于配合间隙小，在制动偏转力的作用下使得密封圈受到更大的压缩，并且使活塞发生微量偏转，即活塞发生倾斜，此时会对密封圈施加更大的挤压作用，因而使得活塞与缸体间摩擦阻力增大，这样就增加了活塞下落复位开始时初始摩擦阻力，使活塞发生卡塞。

而此次检查发现的2号活塞缸有一处较为明显的条块形摩擦痕迹，正是因为配合间隙小以及小修前活塞缸内存有细小的杂质，长期运行中在摩擦作用下产生的。

5.3其它影响因素

对比5台机组风闸更换密封后的运行情况，发现只有5号机频繁出现个别风闸不能自行复位的现象，2号机组出现过一次，而其余3台机组从没发生过类似的问题，可见这样的缺陷不是普遍性的，有一定的特殊性。回顾历史运行纪录，我们发现5号机组曾经在额定转速下加投过风闸，而2号机组也发生过一次50%额定转速加闸制动的情况。根据相关要求，制动器加闸动作时发电机转速应低于20%同步转速，否则将会造成制动瓦过度磨损，还可能引起有关部件的变形，从风闸的结构可以看出，过大切向力的作用会造成导向柱、弹簧、活塞的倾斜，会使导向柱、弹簧变形。另外在机组检修顶起转子后，在制动器托板下部塞入锁定板以承受转动部分的重量，这样的支撑方式已经造成托板普遍的拱曲变形，这些变形的不断叠加，也可能会造成活塞回落卡阻，但这些影响还要在以后的运行检修中加以验证。

另外工作环境温度、压缩气体洁净度等一些客观因素对于每台机、每个制动器来说基本是相同的，不是造成此缺陷的直接影响因素。

综上所述，在小修工作结束以后，陆续出现的制动器不能正常下落的缺陷，经过跟踪分析和两次分解检查，原因已基本清楚：主要原因是由于该制动器活塞与缸体的配合尺寸较小，更换新密封圈后，摩擦阻力较大造成的。